Auswertung P2-60 Transistor- und Operationsverstärker

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Rolf Wolf
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1 Auswrtung P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt 26. Juni 2006 Aufgb 1.1 Einstufigr Trnsistorrstärkr Wir butn di Schltung gmäß Bild 1 uf, wobi wir dn 4,7µ F Kondnstor, sttt ds ntsprchndn 5µ F rwndtn, d in solchr nicht orhndn wr. Ein Mssung rgb inn Arbitspunkt on 7,9V, ws tw dr hlbn Btribspnnung on 15V ntspricht. Aufgb 1.2 Vrstärkung Wir lgtn in Drickspnnung mit f = 1,055kHz n und bobchttn m Oszilloskop ds Ausgngssignl U, zusmmn mit dm Eingngsignl U. Di Spnnungn sind jwils ls Spitz-Spitz Wrt nggbn. Di Vrstärkung U brchnt sich nch =. U 2 0, , , , , , , ,059 Tbll 1: Msswrt Trnsistorrstärkr Drus rgibt sich di mittlr Vrstärkung = 160,941. Ein Rfrnzwrt ligt nicht or. Lut Prktikumsbtrur, ist dis jdoch in üblichr Wrt. Aufgb 1.3 Vrstärkung ohn Emittrkondnstor Wir ntfrntn dn Emittrkondnstor C us dr Schltung und lgtn widr di Drickspnnung mit f = 1,055kHz n. Anschlißnd führtn wir in nlog Mssung wi in dr ltztn Tilufgb durch. 2 0, , , ,0 4 Tbll 2: Msswrt Trnsistorrstärkr ohn Emittrkondnstor P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt Sit 1/5

Ein Mssung rgb inn Arbitspunkt on 7,9V, ws tw dr hlbn Btribspnnung on 15V ntspricht. Aufgb 1.

2 Es rgb sich hirbi in mittlr Vrstärkung = 4,25, dis ntspricht tw dm Rc thortisch Wrt für dn Vrstärkungsfktor, dr bi = = 4,7 ligt. R Aufgb 1.4 Frqunzbhängigkit ds ggngkoppltn Vrstärkrs Wir untrsuchtn nun di Frqunzbhängigkit dr Schltung, indm wir Drickspnnungn mit Frqunzn zwischn 10Hz und 100kHz nlgtn. Dbi wurd in konstnt Amplitud on U = 1V (Spitz-Spitz) m Eingng nglgt. Somit konntn wir n dr Amplitud dr Ausgngsspnnung U (Spitz-Spitz), dirkt dn Vrstärkungsfktor blsn, ohn Umrchnungn durchführn zu müssn. f [Hz] 10 0,9 4,5 20 1, ,4 40 2,8 3,5 50 3,1 60 3, ,6 2,5 80 3,7 90 3, , ,0 1, , , ,2 0, , , , ,4 Frqunz [Hz] ,4 Tbll 3 / Digrmm 1: Msswrt Frqunzbhängigkit ds Trnsistorrstärkrs und Drstllung mit logrithmischr Skl Vrstärkungsfktor Stllt mn di Msswrt mit inr logrithmischn Skl für di Frqunzn dr, rknnt mn dutlich, dss im Brich nidrigr Frqunzn di Vrstärkung strk nstigt und b tw 100Hz in dn gsättigtn Brich übrght. Aufgb 2.1 Nichtinrtirndr Vrstärkr Wir butn dn Oprtionsrstärkr in nichtinrtirndr Grundschltung nch Bild 2 uf und lgtn in Drickspnnung mit Frqunz f = 1,055kHz n. Anschlißnd führtn wir in Mssung dr Eingngspnnung U und dr Ausgngsspnnung U (jwils Spitz-Spitz) durch um dn rwrttn tw 10-fchn Vrstärkungsfktor zu übrprüfn. 11,2 1,0 11,2 Tbll 4: Msswrt Nichtinrtirndr Vrstärkr P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt Sit 2/5

Dbi wurd in konstnt Amplitud on U = 1V (Spitz-Spitz) m Eingng nglgt.

3 Dr Vrstärkungsfktor on = 11,2 ntspricht tw dm thortischn Wrt on R1+ R2 = R = Aufgb 2.2 Dmonstrtion on Ein- und Ausgngswidrstnd Indm wir dn stärkstn rfügbrn Widrstnd on R = 1MΩ or dn Vrstärkr schlttn, wolltn wir dn normn Eingngswidrstnd ds Oprtionsrstärkrs rnschulichn. Wir stlltn fst, dss dis kinn Effkt uf di Wirkungswis ds Oprtionsrstärkrs htt, worus wir schlißn, dss dr Eingngswidrstnd R 1MΩ ist. Indm wir dn klinstn rfügbrn Widrstnd on R = 100Ω hintr dn Ausgng schlttn, konntn wir bobchtn, dss di Vrstärkung tw uf di Hälft rduzirt wurd, worus wir inn Ausgngswidrstnd on R 100Ω folgrn. Aufgb 2.3 Frqunzbhängigkit dr Vrstärkung Wir lgtn nun in Sinusspnnung mit U = 0,5V (Spitz-Spitz) n und führtn Mssungn dr Ausgngsspnnung U (Spitz-Spitz) für rschidn Frqunzn dr Sinusspnnung durch. Hirus lässt sich widrum dr Vrstärkungsfktor brchnn und übr inr logrithmischn Skl dr Frqunz drstlln. f [Hz] 10 5,6 11, ,6 11, ,6 11, ,6 11, ,6 11, ,2 10, ,3 8, ,5 7,0 Vrstärkungsfktor Frqunz [Hz] Tbll 5 / Digrmm 2: Msswrt Frqunzbhängigkit dr Vrstärkung und Drstllung mit logrithmischr Skl Es ist dutlich zu rknnn, dss b tw 50000Hz di Vrstärkung ds Eingngsignls, wi rwrtt, inzubrchn bginnt. P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt Sit 3/5

Wir stlltn fst, dss dis kinn Effkt uf di Wirkungswis ds Oprtionsrstärkrs htt, worus wir schlißn, dss dr Eingngswidrstnd R 1MΩ ist.

4 Aufgb 3.1 Inrtirtr Vrstärkr Wir butn gmäß Bild 3 dn Oprtionsrstärkr in inrtirndr Grundschltung uf, R2 wlchr inn thortischn Vrstärkungsfktor on = R = 10 bsitzt. 1 Anschlißnd führtn wir in Mssung dr Eingngsspnnung U und Ausgngsspnnung U durch, wobi wir shn konntn, dss ds Eingngssignl inrtirt wurd, sowi folgnd Wrt nnhmn: 10,2 1,0-10,2 Tbll 6: Msswrt Inrtirndr Vrstärkr Es rgb sich in Vrstärkungsfktor on = 10,2, womit dr thortisch Wrt bstätigt wurd. Aufgb 3.2 Addirr Als nächsts butn wir gmäß Bild 4 inn inrtirndn Addirr uf und lgtn bi inr Frqunz f 1kHz Drick-, Rchtck-, und Sinusspnnung n. Mittls ds rglbrn Potntiomtrs und dr Btribsglichspnnung on -15V bis +15V sturtn wir dn zwitn Eingng n. Wi zu rwrtn, zigt ds Bild dr Ausgngsspnnung, wi di rst Spnnung inrtirt wurd und j nch Spnnung m zwitn Eingng um inn gwissn Btrg nch obn odr untn rschobn wurd. Exprimntll rmittltn wir, dss in mximl Vrschibung on Spitz zu Spitz, dr so gnnnt Spnnungshub, on 28V möglich wr. Aufgb 3.3 Intgrirr Wir butn nun gmäß Bild 5 inn inrtirndn Intrgrirr uf und lgtn bi inr Frqunz f 100Hz Drick- und Rchtckspnnung n. Wi zu rwrtn wr, rgb sich bi dr Rchtckspnnung ls Intgrl in Drickspnnung, wlch jdoch inrtirt wr und bi dr Drickspnnung rgb sich in inrtirt Sinusspnnung. Aufgb 3.4 Diffrnzirr Wir butn nun gmäß Bild 6 inn inrtirndn Diffrnzirr uf und lgtn bi inr Frqunz f 500Hz Drick- und Rchtckspnnung n. Wi zu rwrtn wr, rgb sich bi dr Drickspnnung in inrtirt Rchtckspnnung. Bi dr Rchtckspnnung rgb sich in Spnnung on 0V, di jdoch bi dn Sprüngn Pks ggn ± htt, ws ufgrund dr unndlichn Stigung m Sprung dr Rchtckspnnung nicht rwundrlich ist. P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt Sit 4/5

Vrstärkr Es rgb sich in Vrstärkungsfktor on = 10,2, womit dr thortisch Wrt bstätigt wurd. Aufgb 3.

5 Aufgb 4.1 Idlr Einwgglichrichtr Als nächsts butn wir gmäß Bild 7b inn idln Einwgglichrichtr uf. Wir lgtn Drick-, Rchtck-, und Sinusspnnung n und bobchtn ds Ausgngssignl. Wi zu rwrtn wr, wurdn di positin Spnnungsntil blockirt und s wurd 0V Spnnung ngzigt. Di ngtin Spnnungsntil wurdn inrtirt und ollständig durchglssn. Zum Vrglich butn wir gmäß Bild 7 noch inn infchn Einwgglichrichtr uf, wobi wir prinzipill di glichn Bobchtungn mchn konntn wi bim idln Einwgglichrichtr. Ds Ausgngssignl wr jdoch licht gdämpft. Dis ligt n dr Schwllspnnung di bim infchn Einwgglichrichtr zunächst übrwundn wrdn muss. Bi shr hohn Spnnungn mg dis nicht witr ins Gwicht flln, br bi nidrign Spnnungn, ist dis in nicht zu rchtndr Effkt. Disr knn sogr so wit führn, dss kin Glichrichtung rfolgt und nur in konstnt Spnnung on 0V m Ausgng nligt. Aufgb 4.2 Gnrtor für Drick- und Rchtckspnnung Wir butn gmäß Bild 8 dn Gnrtor für Drick- und Rchtckspnnung uf und übrzugtn uns don, dss n dn ggbnn Stlln wirklich Drick- und Rchtckspnnung rzugt wurd. Dis wr dr Fll und wir rmittltn in Priodndur für bid Spnnungn on T = 2,8ms, worus sich in Frqunz on f = 357Hz rgibt. Aufgb 4.3 Gnrtor für Drick- und Rchtckspnnung Gmäß Bild 9 butn wir di DGL 2.Ordnung uf. Anhnd ds Ausgngsignls rmittltn wir in Priodndur on T = 28ms, ws inr Frqunz on f = 35,7Hz ntspricht. Dr thortisch Wrt dr Frqunz lässt sich brchnn us 1 f = = 33,86Hz, ws unsrn Msswrt bstätigt. 2π 10kΩ 470nF Shr gut wr uch zu rknnn, dss wnn mn ds Potntiomtr schnll on gnz links nch gnz rchts drht, di Amplitud ds Ausgngssignls zunächst lngsm und dnn immr schnllr wuchs, wi dis für in Exponntilfunktion zu rwrtn ist. P2-60 Trnsistor- und Oprtionsrstärkr Michl Prim & Tobis Volknndt Sit 5/5

Zum Vrglich butn wir gmäß Bild 7 noch inn infchn Einwgglichrichtr uf, wobi wir prinzipill di glichn Bobchtungn mchn konntn wi bim idln Einwgglichrichtr. Ds Ausgngssignl wr jdoch licht gdämpft.

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